Komparatoru shēmas

Kā darbojas sprieguma salīdzinātājs

Daudzos aprakstos salīdzinātājs tiek salīdzināts ar parastajām sviras svariem, tāpat kā bazārā: vienai bļodiņai tiek uzlikts standarts - svari, bet pārdevējs sāk likt preces, piemēram, kartupeļus. Tiklīdz produkta svars kļūst vienāds ar svaru svaru, precīzāk sakot, nedaudz vairāk, tasīte ar svariem uzlec. Svēršana ir beigusies.

Tas pats notiek ar salīdzināšanas ierīci, tikai šajā gadījumā svaru lomu spēlē atskaites spriegums, un ieejas signāls tiek izmantots kā kartupelis. Tiklīdz salīdzinātāja izejā parādās loģiska vienība, tiek uzskatīts, ka ir noticis sprieguma salīdzinājums. Tas ir ļoti “mazliet vairāk”, kas katalogos tiek saukts par “salīdzinātāja jutīgumu”.

Sprieguma salīdzinātāja pārbaude

Iesācēju šķiņķi - elektronikas inženieri bieži jautā, kā pārbaudīt noteiktu daļu. Lai pārbaudītu salīdzinātāju, jums nav jāsamontē neviena sarežģīta shēma. Pietiek ar voltmetra pievienošanu salīdzinātāja izejai un ieejām jāpielieto regulēts spriegums un jānosaka, vai salīdzinātājs darbojas vai ne. Un, protams, tas būs ļoti labi, ja jūs joprojām atcerēsities pielietot jaudu salīdzināmajam!

Tomēr nevajadzētu aizmirst, ka daudziem salīdzinātājiem ir izejas tranzistors, kurā kolektora un emitētāja atradumi vienkārši "karājas gaisā", kas tika aprakstīts rakstā "Analogie salīdzinātāji". Tāpēc šie secinājumi ir attiecīgi jāsaista. Kā to izdarīt, parādīts 1. attēlā.

1. attēls. Salīdzinātāja savienojuma shēma

Atsauces spriegums, kas iegūts no dalītājs R2, R3 no barošanas sprieguma + 5V. Tā rezultātā apgrieztā ieejā tiek iegūts 2,5 V. Pieņemsim, ka mainīgā rezistora R1 slīdnis ir zemākajā stāvoklī, t.i. spriegums uz tā ir 0V. Tas pats spriegums ir pie salīdzinātāja tiešās ieejas.

Ja tagad, pagriežot mainīgā rezistora R1 motoru, pakāpeniski palieliniet spriegumu pie salīdzinātāja tiešās ieejas, tad, kad tiek sasniegts 2,5 V, salīdzinātāja izejā parādīsies 1. loģika, kas atvērs izejas tranzistoru, iedegsies HL1 gaismas diode.

Ja tagad motors R1 tiek pagriezts sprieguma samazināšanas virzienā, tad noteiktā brīdī LED HL1 neapšaubāmi izdziest. Tas norāda uz pareizu salīdzinātāja darbību.

Eksperiments var būt nedaudz sarežģīts: izmēriet spriegumu pie salīdzinātāja tiešās ieejas ar voltmetru un nofiksējiet, pie kāda sprieguma gaismas diode iedegsies un kurā vietā tā izdzisīs. Šo spriegumu atšķirība būs salīdzinātāja histerēze. Starp citu, dažiem salīdzinātājiem ir īpaša tapa (tapa) histerēzes vērtības pielāgošanai.

Lai veiktu šādu eksperimentu, jums būs nepieciešams digitālais voltmetrs, kas spēj "noķert" milivoltus, daudzfunkciju apgriešanas rezistors un diezgan liela pacietība izpildītājam. Ja ar pacietību šādam eksperimentam nepietiek, varat rīkoties šādi, kas ir daudz vienkāršāk: apmainīt tiešo un apgriezto ievadi un pagriezt mainīgo rezistoru, lai novērotu, kā uzvedās gaismas diode, t.i. salīdzināšanas izeja.

1. attēlā parādīta tikai blokshēma, tāpēc tapu numuri nav norādīti. Pārbaudot reālu salīdzinātāju, jums būs jārisina tā pinout (pinout). Tālāk tiks apskatītas dažas praktiskas shēmas un sniegts īss viņu darba apraksts.

Bieži vien vienā gadījumā ir vairāki salīdzinātāji, divi vai četri, kas ļauj jums izveidot dažādas ierīces, neinstalējot papildu mikroshēmas uz tāfeles. Komparatori var būt neatkarīgi viens no otra, bet dažos gadījumos tiem ir iekšēji savienojumi. Kā šādu mikroshēmu apsveriet iespēju MAX933 dubultā salīdzinājumu.

Salīdzinātājs MAX933

Mikroshēmas vienā korpusā “dzīvo” divi salīdzinātāji. Papildus pašiem salīdzinātājiem mikroshēmas iekšpusē ir iebūvēts 1,182 V sprieguma atsauces avots. Attēlā tas ir parādīts zener diodes formā, kas jau ir savienota mikroshēmas iekšpusē: augšējam salīdzinātajam līdz apgrieztajai ieejai, bet apakšai - taisnai. Tas ļauj viegli izveidot daudzlīmeņu salīdzinātāju pēc principiem "maz", "norm", "daudzi" (zemsprieguma / pārsprieguma detektori). Šādus salīdzinātājus sauc par logiem, jo ​​pozīcija “norma” atrodas logā starp “dažiem” un “daudziem”.

Studiju salīdzināšanas programma Multisim

2. attēlā parādīts atskaites sprieguma mērījums, kas iegūts, izmantojot Multisim simulācijas programmatūru. Mērījumu veic ar XMM2 multimetru, kas rāda 1,182 V, kas pilnībā atbilst vērtībai, kas norādīta salīdzinātāja datu lapā. 5. piespraude HYST, - histerēzes korekcija, šajā gadījumā netiek izmantota.

2. attēls

Izmantojot slēdzi S1, jūs varat iestatīt ieejas sprieguma līmeni un uzreiz abos komparatoros: slēgts slēdzis ieejām nodrošina zemu līmeni (mazāku par atsauces spriegumu), kā parādīts 3. attēlā, atvērts stāvoklis atbilst augstam līmenim, - 4. attēls. Komparatoru izeju stāvoklis. parādīts ar multimetru XMM1, XMM2 palīdzību.

Komentāri par skaitļiem ir pilnīgi lieks - lai saprastu salīdzinātāju loģiku, pietiek ar rūpīgu multimetru nolasījumu un slēdža S1 novietojuma apsvēršanu. Jāpiebilst tikai, ka šādu shēmu var ieteikt reāla "dzelzs" salīdzinātāja pārbaudei.

3. attēls

4. attēls

Sprieguma pārbaudes shēma

Šāda salīdzināšanas shēma, kas parādīta datu lapā, parādīta 5. attēlā.

Zemsprieguma (OUTA) un pārsprieguma (OUTB) izejas signāliem aktīvais signāla līmenis ir zems, ko norāda ar signālu pasvītrošanu no augšas. Dažreiz šajos nolūkos signāla nosaukuma priekšā tiek izmantota zīme “-” vai “/”. Šos signālus var saukt par trauksmēm.

Tiek izvadīts signāls POWER LABS loģiskais elements UNkad abiem trauksmēm ir loģisks vienības līmenis. Aktīvais POWER GOOD signāls ir augsts.

Ja vismaz viens no trauksmēm ir zems, POWER GOOD signāls pazūd - tas arī kļūst zems. Tas vēlreiz ļauj pārbaudīt, vai loģiskā shēma UN zemiem līmeņiem ir loģiska VAI.

5. attēls. Salīdzināšanas shēma

Kontrolēto ieejas spriegumu piegādā caur dalītāju R1 ... R3, kuru rezistoru vērtību aprēķina, ņemot vērā kontrolējamo spriegumu diapazonu. Aprēķina procedūra ir sniegta datu lapā, pat ar piemēru.

Lai samazinātu pļāpāšanu pārslēgšanās laikā, histerēzes vērtība tiek iestatīta, izmantojot dalītāju R4, R5. Šie rezistori tiek aprēķināti, izmantojot formulas, kas norādītas arī datu lapā. Diagrammā norādītajām vērtībām histerēzes vērtība ir 50mV.

Rezerves pārvaldības shēma

Līdzīgas shēmas tiek izmantotas, piemēram, trauksmes sistēmas. Šo shēmu darbības algoritms ir diezgan vienkāršs. Ja tīkla spriegums neizdodas, drošības sistēma pārslēdzas uz akumulatora darbību, un, atjaunojot tīklu, tas atkal darbojas no barošanas avota, kamēr akumulators tiek uzlādēts. Lai ieviestu šādu algoritmu, jānovērtē vismaz divi faktori: tīkla sprieguma klātbūtne un akumulatora stāvoklis.

Funkcionālās vadības shēma ir parādīta 6. attēlā.

6. attēls. Rezerves enerģijas pārvaldības shēma vienā mikroshēmā

Taisnots spriegums + 9 VDC caur diodi tiek piegādāts sprieguma regulatoram, no kura tiek nodrošināta drošības ierīce. Šajā gadījumā dalītājs R1, R2 ir līnijas sprieguma sensors, kuru uzrauga apakšējais salīdzinātājs ar OUTA izeju. Kad zemākā komparatora izejā ir tīkla spriegums un tas ir saprotama, loģiska vienība, kas atver lauka efekta tranzistoru Q1, caur kuru tiek uzlādēts akumulators. Tas pats signāls kontrolē tīkla darbības indikatoru.

Tīkla sprieguma zuduma vai samazināšanās gadījumā salīdzinātāja izejā parādās loģiska nulle, lauka efekta tranzistors tiek aizvērts, akumulators pārstāj uzlādēt, tīkla darbības indikators izslēdzas vai mainās uz citu krāsu. Iespējams arī skaņas signāla izskats.

Uzlādēts akumulators caur komutācijas diodi ir pievienots stabilizatoram, un ierīce turpina strādāt bezsaistē. Bet, lai aizsargātu akumulatoru no pilnīgas izlādes, cits salīdzinātājs uzrauga tā stāvokli, augšējais - saskaņā ar shēmu.

Kamēr akumulators vēl nav izlādējies, salīdzinātāja B apgrieztā ieejas spriegums ir augstāks par atsauces vērtību, tāpēc salīdzināšanas ierīces izejas līmenis ir zems, kas atbilst parastajam akumulatoru uzlādes līmenim. Kad notiek izlāde, spriegums dalītājā R3, R4 pazeminās, un, kad tas kļūst zemāks par atsauci, salīdzinātāja izejā tiek noteikts augsts līmenis, kas norāda uz zemu akumulatora līmeni. Visbiežāk uz šo stāvokli norāda ierīces kaitinošais čīkstēšana.

Laika kavējuma shēma

Parādīts 7. attēlā.

7. attēls. Laika kavējuma shēma salīdzināmajam

Shēma darbojas šādi. Nospiežot pogu MOMENTARY SWITCH, kondensators C tiek uzlādēts līdz strāvas avota spriegumam. Tas noved pie tā, ka spriegums pie ieejas IN + kļūst lielāks nekā atsauces spriegums pie ieejas IN-. Tāpēc izeja OUT ir iestatīta uz augstu līmeni.

Pēc pogas atlaišanas kondensators sāk izlādēties caur rezistoru R, un, kad uz tā esošais spriegums, un līdz ar to pie ieejas IN + nokrītas zem atsauces sprieguma pie ieejas IN-, komparatora izejas līmenis OUT būs zems. Vēlreiz nospiežot pogu, viss atkārtojas vēlreiz.

Atsauces spriegums pie ieejas IN- tiek iestatīts, izmantojot trīs rezistoru dalītāju, un diagrammā norādītās vērtības ir 100mV. Tas pats dalītājs nosaka salīdzinājuma (HYST) histerēzi 50 mV robežās. Tādējādi kondensators C tiek izlādēts līdz spriegumam 100 - 50 = 50 mV.

Pašas ierīces pašreizējais patēriņš ir mazs, ne vairāk kā 35 mikroamperi, bet izejas strāva var sasniegt 40 mA.

Laika kavēšanos aprēķina pēc formulas R * C * 4,6 sek. Piemērs ir aprēķins ar šādiem datiem: 2M & # 937; * 10µF * 4,6 = 92 sek. Ja pretestība ir norādīta megaohmos, tad kapacitāte ir mikrodaļās, tad rezultātu iegūst sekundēs. Bet tas ir tikai aprēķināts rezultāts. Faktiskais laiks būs atkarīgs no strāvas avota sprieguma un kondensatora kvalitātes, tā noplūdes strāvas.

Dažas vienkāršas salīdzināšanas shēmas

Ķēžu pamats, kas tiks apskatīts vēlāk, ir gradienta relejs, ķēde, kas reaģē nevis uz jebkāda signāla klātbūtni, bet gan uz tā maiņas ātrumu. Viens no šiem sensoriem ir foto relejskuras diagramma parādīta 8. attēlā.

8. attēls. Fotoattēlu releja shēma uz salīdzinātāja

Ieejas signāls tiek iegūts no dalītāja, ko veido rezistors R1 un fotodiode VD3. Šī dalītāja kopējais punkts caur diodēm VD1 un VD2 ir savienots ar salīdzinājuma DA1 tiešo un apgriezto ieeju. Tādējādi izrādās, ka tiešajiem un apgrieztajiem ieejām ir vienāds spriegums, t.i. starp ieejām spriegumiem nav atšķirības. Šādā stāvoklī pie ieejām salīdzinātāja jutība ir tuvu maksimālajam.

Lai mainītu salīdzinātāja stāvokli, būs nepieciešama sprieguma starpība pie ieejām milivoltos vienībās. Tas ir par to, kā iestumt mazo pirkstiņu bezdibenī, kas karājas uz akmens malas. Tikmēr salīdzināmā izvadē ir loģiska nulle.

Ja apgaismojums pēkšņi mainās, mainās arī fotodiodes spriegums, pieņemsim, ka tas palielinās. Varētu šķist, ka līdz ar to uzreiz mainīsies spriegums abos kompaktora ieejās. Tāpēc vēlamā sprieguma starpība pie ieejām nedarbosies, un līdz ar to salīdzinātāja izejas stāvoklis nemainīsies.

Tas viss būtu tā, ja nepievērstu uzmanību kondensatoram C1 un rezistoram R3. Pateicoties šai RC ķēdei, spriegums pie salīdzināmā apgrieztā ieejas palielināsies ar nelielu kavēšanos attiecībā pret tiešo ieeju. Aizkavēšanās laikā spriegums tiešajā ieejā būs lielāks nekā apgrieztā stāvoklī. Tā rezultātā salīdzinātāja izejā parādīsies loģiska vienība. Šī vienība netiks turēta ilgi, tikai aizkavēšanās laiku RC ķēdes dēļ.

Līdzīgu foto releju izmanto gadījumos, kad apgaismojums mainās pietiekami ātri. Piemēram, drošības ierīcēs vai galaproduktu sensoros uz konveijeriem ierīce reaģēs uz gaismas plūsmas pārtraukšanu. Vēl viena iespēja ir kā papildinājums videonovērošanas sistēmai. Ja jūs novirzīsit fotosensoru uz monitora ekrānu, tas uztver spilgtuma izmaiņas un iekļauj, piemēram, audio signālu, piesaistot operatora uzmanību.

Ir ļoti vienkārši pārvērst apsvērto foto releju par temperatūras maiņas sensoru, piemēram, ugunsgrēka trauksme. Lai to izdarītu, vienkārši nomainiet fotodiodu ar termistoru. Šajā gadījumā rezistora R1 vērtībai jābūt vienādai ar termistora vērtību (parasti to norāda temperatūrai 25 ° C). Šī sensora shēma ir parādīta 9. attēlā.

9. attēls. Salīdzinātāja temperatūras mērīšanas sensora diagramma

Darba princips un jēga ir tieši tāda pati kā iepriekš aprakstītajam fotosensorā. Bet šis dizains parāda arī vienkāršāko izvades ierīci - tas ir tiristors VS1 un relejs K1. Kad salīdzinātājs tiek aktivizēts, tiek atvērts tiristors VS1, kas ieslēdz releju K1.

Tā kā tiristors šajā gadījumā darbojas līdzstrāvas ķēdē, pat tad, kad beidzas vadības impulss no salīdzinātāja, tiristors paliks atvērts un relejs K1 ieslēgts. Lai izslēgtu releju, jums būs jānospiež poga SB1 vai vienkārši jāizslēdz visa ķēde.

Termistoru vietā jūs varat izmantot magnetorezistoru, piemēram, SM-1, reaģējot uz magnētisko lauku. Tad jūs saņemat magnētiski jutīgu gradienta releju. Dažu datoru tastatūrās tika izmantoti magnētorezistori pagājušajā XX gadsimtā.

Ja jūs izmantojat citus sensorus, tad, pamatojoties uz gradienta releju, jūs varat viegli izgatavot pilnīgi dažādas ierīces, kas reaģē uz izmaiņām elektriskajā laukā, uz skaņas vibrācijām. Izmantojot pjezoelektriskos sensorus, ir viegli izveidot trieciena sensorus un seismiskās vibrācijas.

Ar komparatoru palīdzību ir diezgan vienkārši pārveidot “analogo” signālu par “digitālo”. Līdzīga shēma parādīta 10. attēlā.

10. attēls. “Analogā” signāla konvertēšanas uz “digitālo” signālu shēma, izmantojot salīdzināšanas shēmu

11. attēlā parādīta tā pati ķēde, tikai izejas impulsu polaritāte ir apgriezta pret iepriekšējo. To panāk, vienkārši iekļaujot citus datus.

11. attēls.

Abas shēmas konvertē ieejas signāla amplitūdu izejas impulsa platumā. Šādu pārveidošanu bieži izmanto dažādās elektroniskās shēmās. Pirmkārt, mērīšanas ierīcēs, komutācijas barošanas avotos, digitālajos pastiprinātājos.

Ierīču frekvences diapazons ir diapazonā no 5 ... 200 KHz, ieejas signāla amplitūda ir diapazonā no 2 ... 2,5 V. Izmantojot germānija diodi, amplitūdas pārvēršana impulsa platumā sākas no 80 ... 90 mV līmeņa, savukārt silīcija diodei šī vērtība ir 250 ... 270 mV.

Ierīces darbības frekvences joslu nosaka pēc kondensatoru C1, C2 vērtībām. Ierīcei, kas samontēta no izmantojamām detaļām, nav jāpielāgo un jāiestata reakcijas slieksnis.